CN108097874B - 一种大批量制造铸造砂型的3d打印设备及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大批量制造铸造砂型的3D打印设备，包括铺粉器导轨、打印头导轨、打印头、铺粉器、内导轨、外导轨、中轴、工作车，其特征在于所述铺粉器导轨和打印头导轨间隔设置，皆与设备内导轨和外导轨连接，所述内外导轨与中轴同心固定，所述打印头和所述铺粉器分别连接在相应导轨上，所述工作车相对独立于设备，自带运动滚轮和举升结构，配备智能控制系统。本发明设备可以连续不停运转，只需自动更换工作车即可，大大提高了生产能力和打印效率。

Description

一种大批量制造铸造砂型的3D打印设备及工艺

技术领域

本发明涉及一种3D打印设备，用于大批量制造铸造用砂型。

背景技术

目前已有的制造铸造用砂型的3D打印设备，其主要原理和结构均由常规的以直线运动为主的打印机改造而成，产能较低，一般适用于单件小批量生产，无法满足大批量大规模工厂的制造需求。而能够进行大批量连续生产的3D打印设备或专利，其制造精度往往较低。

如发明专利《具有加速执行的用于3D打印方法的设备和方法》(申请号201480070534X，公开号CN105598451A，公开日2016.08.10)中公开了多种3D打印设备布局方案。该发明方案主要存在以下问题：多组打印头和铺粉器的组合利用率不高，在其中一组工作时，剩余的会处于闲置状态，浪费空间和时间。该发明的批量打印方案采用皮带传动，这种传动方式决定了系统精度较低，很难制造出高精度的砂型产品。

总之，目前已有的设备或方案均无法同时满足高精度和大批量这两个需求，而大部分制造精度要求高的铸造零部件，通常都是需求量较大的小件。本发明调和高精度和大批量的矛盾，给出一种可行的解决方案。

发明内容

本发明公开了一种应用于制造大批量铸造用砂型的3D打印设备及工艺，用以解决现有设备或方案中存在的无法同时满足大批量和高精度制造要求的问题。

本发明的目的是这样实现的，本发明的3D打印设备，包括铺粉器导轨、打印头导轨、打印头、铺粉器、内导轨、外导轨、中轴、工作车。其中，铺粉器导轨和打印头导轨间隔设置，皆与设备内导轨和外导轨连接，可在内外导轨上进行双向圆周运动。内导轨和外导轨与中轴同心固定，打印头和铺粉器分别连接在相应导轨上，可在相应导轨上做往复直线运动。工作车相对独立于设备，自带运动滚轮和举升结构，配备智能控制系统，可自动行驶到设备内的相应打印工位。

所述的设备打印工位等距分布在由设备内导轨和外导轨形成的圆环内。每两个打印工位中间由框架型材隔开，形成相对独立的空间，每个打印工位均布置了相应传感器，可以检测到工作车是否到位。

本发明设备可以设置的打印工位数量通常是偶数，每两个打印工位配备一套打印头和铺粉器，间隔放置，以确保打印工序不停滞。为提高设备空间利用率，并且使设备尺寸控制在合理范围内，优选的，打印工位数量可设置为6～16个。

一般的，本发明设备运行方式如下：打印头和铺粉器间隔放置，且均正对一个工作车。当开始打印时，铺粉器沿设备径向导轨进行直线运动，先对所对应的工作箱进行第一次铺粉，其相邻的2个打印头停止不动，完成首次铺粉。之后，中轴驱动所有打印头和铺粉器按任意方向旋转一定角度，该角度可使铺粉器和打印头正对下一个相邻的工作车。上一工序已经完成铺粉的工作车在中轴旋转后正对打印头，本次可以开始打印，上一工序未铺粉或已完成打印的工作车，本次正对铺粉器，可以同步进行铺粉。如此往复循环，完成打印。

打印程序结束后，已完工的工作车根据打印结束信号指示，按照预定路径，驶向集中清理站，清理剩余打印介质，并取出所需型芯。工作车行驶路径可以是固定轨道，也可以利用以工厂平面布局图为基准的导航系统，或者是利用扫描二维码或通过安装接近开关等传感器的方法，实现工作车导航路径。前一个工作车驶离打印工位后，排队中的工作车自动驶入该打印工位开始打印工作。已驶向集中清理站的工作车在清理完成后，自行返回排队区，等待开始打印。

本发明设备的各个导轨优选采用滚珠导轨和丝杠模组，以便确保高精度运行。

附图说明

图1为本发明本发明设备结构示意图

其中，1铺粉器导轨；2打印头导轨；3打印头；4铺粉器；5内导轨；6外导轨；7中轴；8工作车。

具体实施方式

如图1所示为本发明设备结构示意图，铺粉器导轨1和打印头导轨2间隔设置，皆与设备内导轨5和外导轨6连接，可在内外导轨上进行双向圆周运动。内外导轨与中轴7同心固定，打印头3和铺粉器4分别连接在相应导轨上，可在相应导轨上做往复直线运动。工作车8相对独立于设备，自带运动滚轮和举升结构，配备智能控制系统，可自动行驶到设备内的相应打印工位。

本发明设备可以设置的打印工位数量通常是偶数，每两个打印工位配备一套打印头和铺粉器，间隔放置，以确保打印工序不停滞。为提高设备空间利用率，并且使设备尺寸控制在合理范围内，优选的，打印工位数量可设置为6～16个。本实施例优选配备8个打印工位，放置8个在线工作车，和4个备用工作车，4套打印头和铺粉器的结构，对设备的运行方式和流程进行详细说明。

铺粉器导轨1和打印头导轨2在停止时始终处于工作车上方。当设备开始工作时，打印头停止不动，铺粉器沿着径向导轨进行直线运动，完成各自所对应的第一组4个工作箱的第一道铺粉工序。然后中轴7顺时针或逆时针旋转45度，带动打印头3、打印头导轨2、铺粉器4以及铺粉器导轨1同时旋转相应角度。同时第一组4个工作车同步下降一定高度，为0.1mm，即工作车下降0.1mm。此时，上一步完成铺粉动作的第一组4个工作车正对打印头，这次可进行第一道打印工序；上一步正对打印头的第二组4个工作车正对铺粉器，这次可进行第一道铺粉工序；中轴旋转到位后，打印头和铺粉器会沿着各自轨道同步运行，各自完成第一道打印和铺粉工序。完成后，中轴继续旋转45度，对第一组工作车进行第二道铺粉工序，对第二组工作车进行第一道打印工序。按以上程序循环往复完成打印。

中轴7的旋转方向可以根据实际生产情况及要求进行调整，例如可以选择全程按顺时针或逆时针旋转，或者正反各旋转一次或多次，往复进行，具体需要根据软件设计的打印程序进行确定。打印完成后，工作车8收到信号，按预设路径，自动驶出设备，开往清理站，取出型芯，此时备用工作车自动驶入设备打印工位，开始打印。清理完剩余打印介质后，工作车8再自动驶向排队区，等待下一次打印。

本发明设备可以连续不停运转，只需自动更换工作车即可，大大提高了生产能力和打印效率。本发明设备通过导轨对打印头和铺粉器的运动进行导向，与现有技术中采用皮带传动相比，导轨具有高精度、高稳定性等优势。当前最高精度的皮带传动直线运动单元，其精度最高能达到0.05mm，而高精密研磨导轨精度最高可达0.008mm，比皮带传动高出将近10倍。通过圆周布置打印工位，实现设备连续运转，成倍提升设备产能。将工作箱和物流车一体化设计，配备智能控制系统，可实现物流车及工作箱的快速移动和切换，免去铺设物流轨道的繁琐。

Claims (7)

1.一种大批量制造铸造砂型的3D打印设备，包括铺粉器导轨、打印头导轨、打印头、铺粉器、内导轨、外导轨、中轴、工作车，其特征在于所述铺粉器导轨和打印头导轨间隔设置，皆与设备内导轨和外导轨连接，所述内导轨和所述外导轨与中轴同心固定，所述内导轨和所述外导轨呈圆环状，打印工位间隔分布在由所述内导轨和所述外导轨形成的圆环内，所述打印头和所述铺粉器分别连接在相应所述打印头导轨和所述铺粉器导轨上，所述工作车相对独立于设备，自带运动滚轮和举升结构，所述工作车配备智能控制系统。

2.如权利要求1所述的一种大批量制造铸造砂型的3D打印设备，其特征在于所述打印工位等距分布，由框架型材隔开，形成相对独立的空间。

3.如权利要求1所述的一种大批量制造铸造砂型的3D打印设备，其特征在于所述的打印工位数量为偶数，所述的每两个打印工位配备一套所述打印头和所述铺粉器，间隔放置。

4.如权利要求1所述的一种大批量制造铸造砂型的3D打印设备，其特征在于所述的打印工位数量设置为6～16个。

5.如权利要求1至权利要求4中的任一权利要求所述的一种大批量制造铸造砂型的3D打印设备，其特征在于所述的铺粉器导轨、打印头导轨、内导轨、外导轨中的一个或者多个采用滚珠导轨和丝杠模组。

6.如权利要求2所述的一种大批量制造铸造砂型的3D打印设备，其特征在于所述每个打印工位均布置了传感器，用以检测工作车到位情况。

7.一种大批量制造铸造砂型的工艺，其特征在于流程为：

(1)如权利要求1至权利要求4中的任一权利要求所述的3D打印设备，配置若干个所述打印工位、所述工作车和备用工作车以及若干个所述打印头和所述铺粉器，所述打印头和所述铺粉器间隔放置，且均正对一个所述工作车，当开始打印时，所述打印头停止不动，所述铺粉器沿着所述铺粉器导轨进行直线运动，完成所对应的工作箱的第一道铺粉工序；

(2)所述中轴顺时针或逆时针旋转，带动所述打印头、所述打印头导轨、所述铺粉器以及所述铺粉器导轨同时旋转相应角度，所述工作车同步下降一定高度；

(3)此时步骤(1)中完成铺粉动作的所述工作车正对所述打印头，可进行第一道打印工序，步骤(1)中正对所述打印头的所述工作车正对所述铺粉器，可进行第一道铺粉工序；

(4)所述中轴旋转到位后，所述打印头和所述铺粉器沿着所述打印头导轨和所述铺粉器导轨同步运行，各自完成第一道打印和铺粉工序；

(5)所述中轴继续旋转，对步骤(1)的所述工作车进行第二道铺粉工序，对紧跟着的所述工作车进行第一道打印工序；

按以上程序循环往复完成打印。